以下是:翅片管_多年生产经验的产品参数
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优化设计方法包括两部分：翅片结构设计和制冷剂流路设计。由于翅片尺寸决定了管间距，进而影响制冷剂流路分配，因此应首先设计翅片结构，其次设计制冷剂流路。图1 为优化设计流程图。1、翅片结构设计 在翅片结构设计中，将采用CFD 方法对翅片结构进行优化设计。优化设计主要分为如下5 个步骤：
步骤1：确定优翅片高宽比Pt/Pl
在本文中，翅片优高宽比是指在相同翅片面积下，翅片效率高的翅片高宽比。翅片效率可定义为：翅片管换热器实际的换热量(Qactual,fin)与大可能达到的换热量(Qideal,fin)之比，如式（1）所示。
Qactual,fin和Qideal,fin 由CFD 计算得到。CFD 几何模型采用两排管翅片换热器；边界条件为空调蒸发器工况。在实际翅片模型中，翅片与管壁耦合；在理想翅片模型中，设置翅片温度与管壁温度相同。空气上表面和下表面定义为周期性表面。根据CFD 计算结果，可以得到具有高翅片效率的翅片优高宽比Pt/Pl。
步骤2：优化Pt 和Pl
在制冷工况下，蒸发器表面会形成一层冷凝液膜。当析湿较为严重时，窗片和桥片都会被这层液膜堵塞，导致其几何结构类似于平片。因此，在设计中采用了平片的关联式来确定翅片尺寸。
设计中，设定的优化目标函数以及约束条件函数见式（2）~（4）。优化目标函数用来分析性价比，见式（2）。式（3）~（4）为约束条件，即：小管径换热器的换热性能（UA）应等于或大于规定值；空气侧压降应等于或者小于规定值。
步骤3：优化翅片开缝结构
在翅片开缝结构的设计中，由于没有适用于小管径翅片换热器的性能预测关联式，因此本研究采用CFD 方法来模拟换热器的换热量和空气压降，从而确定优开缝结构。
在窗片的几何结构参数中，开缝角度和开缝数是自变量，缝高与缝宽可根据两个自变量确定。因此，只需对窗片开缝角度θ 和开缝条数n 这两个自变量进行优化设计。在桥片的几何结构参数中，缝高为翅片间距的一半，缝宽由开缝数确定。因此，对桥片开缝翅片结构的设计，只需对开缝条数进行优化设计。基于CFD 计算结果，可确定具有较高换热量和较低空气压降的翅片开缝结构。
步骤4：换热器性能测试
小管径换热器性能的测试系统如图2 所示。实验中的测试工况根据房间空调器标准确定。根据实验结果，采用多重线性回归方法开发了小管径换热器性能的预测关联式，并将其应用于制冷剂流路设计的仿真程序中。
2、制冷剂流路设计
在制冷剂流路设计中，采用基于仿真的方法进行设计。图3 为基于仿真的制冷剂流路设计方法流程图。设计中首先根据换热器尺寸确定换热器的预选结构，并根据换热器性能及成本调整管路结构，然后计算调整后换热器的性能，以确定下一步结构的调整方向，终确定换热器管路结构。设计中采用基于知识的多目标优化方法，控制优化过程，得到优化结果。
本文采用基于图论的三维分布式模型，预测具有不同流路换热器的性能。Liu 建立的模型与实验值的大偏差为±10%。在Liu 的模型中，沿长，宽，高三个方向将换热器分割成若干个控制体。控制体包含了制冷剂，空气和翅片换热器三个部分。制冷剂与空气的控制能量方程与动量方程如式（7）~（11）所示。
式中，Ai 是制冷剂侧换热面积；Ao 是空气侧换热面积；Ga,max 是小流通面积处的空气流率； fa 是空气摩擦系数；σ 是流通积的收缩比；Qfront, Qback, Qtop和Qbottom 分别是从前排，后排，上列和下列翅片的传热量。
本文对换热系数和压降预测关联式的选取如表1所示。
优化采用基于知识的优化方法（KBEM）用于优化换热器。它包括两个部分：改进遗传算法（IGA）和基于知识的优化模块（KOM）。KBEM 中的IGA 是传统遗传算法的改进版，IGA 可以得到初解并控制整个优化过程。采用基于知识的搜寻方法可以减少研究范围，进而并可以提高优化效率。
三：设计案例
本章节将会采用前一章提出的设计方法来设计采用5 mm 管翅片管换热器的空调器。空调器的实验结果将与设计结果进行对比验证。
在此案例中，室内机换热器采用了5 mm 管翅片换热器。室外机换热器采用具有更大翅片间距的7 mm 管翅片换热器，以防止热泵工况时结霜导致的换热性能恶化。
1、翅片结构设计结果
步骤1：确定优翅片高宽比Pt/Pl
设计Pt/Pl 时，CFD 计算的边界条件设置如下：进口空气温度为300K，管壁温度为280K。其他边界条件同前一章。由图4 所示的CFD 结果，可知优Pt/Pl 比值为1.23，此时翅片效率高。
步骤2：优化Pt和Pl
在翅片尺寸设计中，5 mm管翅片的UA应大于7 mm管翅片，5 mm管翅片换热器的ΔP应小于7 mm管翅片换热器。根据上述设计原则，翅片的性价比、传热效率和空气压降随Pt的变化趋势见图5（a）~（c）。由结果可得：当Pt为18 mm时，w值较大，且满足UA和ΔP的约束条件。根据优Pt/Pl值，可得到优翅片尺寸为18×14.7 mm。
步骤3：优化翅片开缝结构
根据所确定的优翅片尺寸，利用CFD方法计算开3条缝的窗片和开4条缝的窗片的性能。图6为具有不同开缝数的翅片表面空气温度分布图。换热量及空气压降的计算结果见表2。由计算结果可知：由于开缝数的增加导致缝高的降低，4条缝窗片具有更高的换热量，和更低的空气压降。
由于霉菌生长周期长，故实验采用人工加速霉变的方法使翅片管换热器表面生长霉菌。根据标准GB/ T 2423.162-1999，选用且空调中普遍生长的黑曲菌标准菌株(A TCC 16888，第4-5代) 进行人工加速培养。研究选用4个附带亲水层的人字波纹翅片管换热器，其结构采用紫铜管外嵌整体式铝合金翅片，如图1 所示。图中，s、b、l1 、l2 和θ分别为翅片间距、翅片厚度、翅片投影长度、翅片高度和波纹角。其中3个换热器进行翅片表面霉变处理，处理后霉菌面积分别约占换热器空气侧表面积的10 %、30 %和60 %，经过霉变处理后的照片如图1所示。
1)、轧制成型翅片管（extruded fin tube）；
2)、焊接成型翅片管（高频焊翅片管、埋弧焊翅片管）；
3)、滚压成型翅片管；
4)、套装成型翅片管；
5)、铸造翅片管；
6)、张力缠绕翅片管；
7)、镶片管。
空冷式冷凝器
空冷式冷凝器也称风冷式冷凝器，制冷剂在管内冷凝，制冷剂放出的热量被空气带走。这种冷凝器中有自然对流空气冷却式冷凝器和强制对流空气冷却式冷凝器。由于空气的对流传热系数很低（25～35 W/m·2K），空冷式冷凝器的传热效率不如水冷式，冷凝温度与冷凝压力均较高。
另外，在换热负荷一定的情况下，空冷式冷凝器所需传热面积比水冷式冷凝器大，故而设备体积和质量均庞大，占地大。但是可冷热两用，初投资低，系统维护管理相对简单。空冷式冷凝器在工程实际中的应用十分广泛，既可用于制冷系统，也广泛应用于空调系统。其大的优点是不需冷却水，因此特别适用于缺水地区或者供水困难的场合，在小型制冷空调领域应用尤为广泛。
3）蒸发式冷凝器
蒸发式冷凝器是以蒸发冷凝和显热交换为基础，制冷剂放出的热量同时由冷却水和空气带走。制冷剂在管内流动，冷却水在管外喷淋蒸发时吸收气化潜热，使管内制冷剂冷却和冷凝。蒸发式冷凝器中，省去了冷却水在冷凝器中的显热传递阶段，使冷凝温度更接近空气的湿球温度，可比水冷式冷凝器系统低3～5℃，从而大大降低压缩机的功耗，耗水量只有水冷式冷凝器系统的1/3左右。
我国蒸发式冷凝器的开发和应用相对滞后，以往多应用于大型的氨制冷系统。近年来，由于电力资源紧张和水资源匮乏，蒸发式冷凝器作为一种节能节水型换热设备，其研究和应用得到了广泛重视，促进了蒸发式冷凝器产品技术的成熟和进一步应用。目前，已有一些生产厂家在结构上对其进行了完善，使之应用于中央空调机组。
对于那些需要进行控制的冷冻空调系统和运行环境恶劣的场合，蒸发式冷凝器更容易满足工艺控制要求。工程应用表明，采用该产品替代传统的“水冷式冷凝器+凉水塔”方式，增加的初投资一般能在一年左右即可收回，经济效益明显。
2、冷凝器中常用的强化传热翅片管
传热过程是热量从一种流体通过固体壁面传给另一种流体的过程。工程实际中，强化换热器的换热性能主要从强化两侧介质与换热管内、外壁之间的对流换热过程入手。常用的强化传热技术有:
(1)表面涂层；
(2)粗糙表面；
(3)扩展表面；
(4)各种内外螺纹管；
(5)扰流元件；
(6)添加物；
(7)冲击传热。在各种强化传热技术中，在壁面上加装翅片，作为增强传热的一个主要手段，在工程中得到广泛应用。翅片管式换热器具有传热、结构紧凑等特点，已被广泛地应用于制冷空调装置、航空航天设备、太阳能集热器和电子设备等各个领域中。在冷凝器中的应用尤为普遍。
翅片管的种类很多，而且还在不断涌现新的品种，在这方面的研究也较多[4～6]。大体上可按加工工艺、翅片形状、材质、用途等几个方面对翅片管进行分类。在冷凝器中，常用的翅片管有以下几种形式。
1）内螺纹管
2）整体型螺旋翅片管
3）螺旋槽管
螺纹类翅片管、套片式翅片管、波纹管、螺旋扭曲管、螺旋绕片管等传热元件在冷凝器中得到了广泛的应用，传热效果得到了显著提高。除此之外，新齿形传热管还在不断出现。与光管相比，它们具有下述共同特点：
(1)不同形状的翅片均可使传热壁面变得粗糙，从而破坏静止的层流边界层，提高对流换热系数，使换热得到不同程度的强化；
(2)在负荷一定的条件下，冷凝器所需面积可大大减小；
(3)根据大多数人的常识，粗糙的翅片管表面容易引起结垢；事实上，由于粗糙表面引起的紊流破坏了静止的附面层，会使污垢难于附着；即使有污垢附着，污垢也呈现离散的鳞片状，设备运行中温度的变化使管子发生膨胀和收缩，会因污垢与管壁材料间的胀差巨大而引起剥离，在介质的冲击下自行脱落。而光管垢层为圆柱体，无任何自脱力。因此，翅片管的结垢情况并不比光管严重多少。
冷凝器的应用范围十分广阔，特别是在制冷空调系统中。冷凝器作为主要的传热设备之一，其性能的好坏直接影响到装置的总体工作性能。因此，冷凝器传热过程的强化得到了越来越广泛的重视。
为了提高冷凝设备的整体性能，通过管子形状或表面性质的改造来强化传热过程以提高冷凝器的效率，已成为国内外冷凝器发展的一种趋势。柏恩翅片管换热器所采用的紧凑型串片式管片系统，它是一种新型的传热元件。其独特的片型结构和加工工艺流程，使得空冷器产品具有更加紧凑的外形尺寸，更高的换热效率和更轻的重要。
翅片管的传热过程
这儿讲的“传热”不是通俗的对传热现象的一般称呼，而是一个专有名词。传热的定义是：热量从热流体经过管壁传给冷流体的过程。如下一小节的附图所示。传热过程由三个分过程组成：过程1：
热量Q（W或KW）由热流体传给管壁（管内壁），这一过程属“对流换热”，其对流换热系数为hi (W/（㎡·oC)）。（此后,角标“i”代表“内部”，角标“o”代表“外部”，而角标 “w”代表管壁。），这一对流换热过程对应的温差为（Ti-Twi）,此处，Ti为管内流体温度，Twi为管内壁温度。
过程2：热量Q从管子内表面传给管外表面，因为热量是在固体内部传递，这一过程叫“导热” 或“热传导”。此过程对应的温差为（Twi- Two）。
程3：热量Q从管外表面传给管外冷流体的过程。这一过程属“对流换热”，对应的温差为(Two- To), 其对流换热系数为h o . 应当指出的是，此处，Two是基管的外表面温度，因此，ho是以基管外表面积为基准的换热系数。之前讲述了翅片管外表面为基准的换热系数h 的计算。两个换热系数ho和h的换算关系：ho= h×β×η
式中，β为翅化比，即加翅片后面积扩大的倍数；η为翅片效率，是小于1的数；
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